Mesociclón

Un mesociclón es una región de rotación ( vórtice ) de mesoescala (o escala de tormenta) de meso-gamma , típicamente de entre 2 y 6 millas (3,2 a 9,7 km) de diámetro, que se observa con mayor frecuencia en el radar dentro de las tormentas eléctricas . En el hemisferio norte , generalmente se ubica en el flanco trasero derecho (borde posterior con respecto a la dirección de movimiento) de una supercélula , o a menudo en el flanco oriental, o delantero, de una supercélula de alta precipitación . El área cubierta por la circulación de un mesociclón puede tener varias millas (km) de ancho, pero es sustancialmente mayor que cualquier tornado que pueda desarrollarse dentro de él, y es dentro de los mesociclones donde se forman tornados intensos . ^{[ 1 ] [ 2 ]}  

Los mesociclones son vórtices de aire ascendente y convergente de escala media que circulan alrededor de un eje vertical. Suelen estar asociados a una región local de baja presión . Su rotación es (generalmente) en la misma dirección que los sistemas de baja presión en un hemisferio determinado: en sentido antihorario en el hemisferio norte y en sentido horario en el hemisferio sur, siendo las únicas excepciones ocasionales los mesociclones de menor escala. Los mesoanticiclones que rotan en dirección opuesta pueden acompañar a los mesociclones dentro de una supercélula, pero estos tienden a ser más débiles y a menudo más transitorios que los mesociclones, que pueden mantenerse durante decenas de minutos u horas, y también se forman cíclicamente en sucesión dentro de una supercélula. Los mesoanticiclones son relativamente comunes con supercélulas que se mueven hacia la izquierda y que se separan de supercélulas madre en ciertos regímenes de cizalladura vertical del viento.

Un mesociclón suele ser un fenómeno difícil de observar directamente. La evidencia visual de rotación, como las bandas de entrada curvas , puede sugerir la presencia de un mesociclón, pero el cilindro de aire circulante suele ser demasiado grande para ser reconocido desde el suelo, o puede que no contenga nubes lo suficientemente distintas del aire circundante más tranquilo como para que el flujo de aire circulante sea evidente.

Los mesociclones se identifican mediante observaciones de radar meteorológico Doppler como una señal de rotación que cumple con criterios específicos de magnitud, profundidad vertical y duración. En las pantallas del radar NEXRAD de EE. UU. , los mesociclones identificados algorítmicamente, como por ejemplo mediante el algoritmo de detección de mesociclones (MDA), suelen resaltarse con un círculo amarillo sólido en la pantalla de velocidad Doppler ; otros servicios meteorológicos pueden tener convenciones diferentes.

Son motivo de mayor preocupación cuando se encuentran dentro de tormentas eléctricas severas, ya que los mesociclones a menudo ocurren junto con corrientes ascendentes en supercélulas, dentro de las cuales se pueden formar tornados cerca del intercambio con una corriente descendente.

Los mesociclones son fenómenos localizados, de aproximadamente 2 km (1,2 mi) a 10 km (6,2 mi) de diámetro dentro de fuertes tormentas eléctricas. ^{[ 3 ]} Las tormentas eléctricas que contienen mesociclones persistentes son tormentas eléctricas supercelulares (aunque algunas supercelulares e incluso tormentas tornádicas no producen relámpagos ni truenos y, por lo tanto, técnicamente no son tormentas eléctricas). El radar meteorológico Doppler se utiliza para identificar mesociclones. Un mesovórtice es una característica rotacional similar pero típicamente más pequeña y débil asociada con líneas de turbonada .    

Uno de los principales ingredientes de la mesociclogénesis es la presencia de fuertes cambios en la velocidad del viento con la distancia y la dirección con la altura, también conocidos como cizalladura horizontal y vertical del viento . Esta cizalladura coincide clásicamente con la presencia de una fuerte vaguada que puede dar lugar a un ciclón extratropical , un tipo de ciclón que se forma a través de las interacciones entre aire frío y cálido, conocidas como baroclinicidad . Los gradientes de presión y temperatura entre el aire cálido y el frío provocan estos cambios en el viento con la altura y la distancia. Se dice que el campo de viento resultante, sometido a cizalladura, tiene vorticidad horizontal , o la tendencia local del fluido en movimiento (en este caso, el aire) a rotar, una propiedad inherente a cualquier flujo donde existan gradientes de velocidad.

La vorticidad asociada a menudo se representa incorrectamente como un vórtice que gira horizontalmente y que es inclinado directamente hacia la vertical por una corriente ascendente. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el entorno es horizontalmente homogéneo y dichos vórtices están ausentes. La vorticidad horizontal puede pensarse en cambio como una rueda de paletas imaginaria que gira impulsada por vientos que cambian con la altura. Estos vientos mueven la parte superior e inferior de la rueda a diferentes velocidades a lo largo de la dirección horizontal, lo que hace que gire sobre su eje. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Esta tendencia local a la rotación, o torsión, es lo que la corriente ascendente reorienta, en lugar de un tubo o vórtice literal de aire giratorio. Cuando se forma una corriente ascendente en este entorno, las parcelas de aire ascendentes encuentran aire cizallado más rápido a través de la altura, que es arrastrado y mezclado turbulentamente en el borde de la corriente ascendente, intercambiando momento horizontal . El aire ascendente en el borde de la corriente ascendente se acelera lateralmente más rápido de lo que se mueve hacia adentro, lo que obliga al aire interior más lento a moverse también más rápido horizontalmente. Las masas de aire comienzan entonces a curvarse a medida que se mueven hacia el centro de baja presión de la corriente ascendente y lo sobrepasan , siguiendo una espiral a medida que el proceso se repite. A medida que las masas de aire se curvan, también giran sobre su eje debido al movimiento de torsión de la cizalladura del viento. Este movimiento curvo, espiral o rotatorio del viento puede existir sin que el aire gire necesariamente como un vórtice. ^{[ 6 ]}

En este punto, se dice que la corriente ascendente ha transportado diferencialmente el momento del flujo cizallado; es decir, las diferencias entre el aire que fluye en dirección horizontal se trasladan a una dirección vertical, lo que da como resultado vorticidad de curvatura o la aparente curvatura y espiral que se observa en el aire ascendente (solo cuando la vorticidad horizontal es longitudinal , o paralela a la entrada de la corriente ascendente). Sin embargo, solo surge un segmento de un vórtice; las líneas de corriente no están cerradas y existen asimetrías, ya que no todas las parcelas de aire ascienden por igual ni giran en espiral a la misma velocidad y dirección, por lo que aún no existe una rotación uniforme verdadera. Para que exista una rotación organizada (un vórtice cerrado), la vorticidad de curvatura resultante debe convertirse parcialmente en vorticidad de cizallamiento vertical.

El campo de presión de la corriente ascendente contribuye principalmente a este proceso, reorganizando la vorticidad de curvatura para que, a medida que el aire ascendente y en espiral se mueve hacia el centro de baja presión, las parcelas de aire adyacentes que fluyen a través del gradiente de presión de la corriente ascendente comiencen a rotar a diferentes velocidades entre sí. Esto crea una vorticidad de cizallamiento vertical que intensifica el movimiento ascendente del aire. El aire más antiguo escapa ahora con mayor facilidad de la corriente ascendente y el centro de baja presión se fortalece, para luego contraerse en respuesta, estrechando el gradiente de presión y provocando que el aire convergente ascienda aún más alto y rápido. El efecto es que la corriente ascendente se "estira" hacia arriba al aspirar aire con mayor eficiencia, y la rotación se vuelve más organizada debido a la conservación del momento angular . Dado que la corriente ascendente ahora aspira aire con mayor fuerza, atrae más masa y momento del entorno circundante, que se conservan en la corriente ascendente. En la naturaleza, este proceso ocurre simultáneamente con la advección del momento de cizallamiento del viento.

A medida que las masas de aire continúan convergiendo hacia el centro de baja presión, las más cercanas al centro giran más rápido y, por lo tanto, son empujadas hacia afuera debido a las fuerzas centrífugas, mientras que las masas de aire exteriores, de movimiento más lento, se mueven hacia adentro. El aire interior, que gira más rápido, ejerce una fuerza de presión contra el aire de movimiento más lento, lo que provoca que este último acelere. Esto continúa hasta que la mayoría de las masas de aire alcanzan una velocidad de rotación uniforme. La vorticidad de curvatura y la vorticidad de cizallamiento vertical se encuentran ahora en equilibrio, y el resultado es un único vórtice coherente que emerge en la corriente ascendente. Se ha formado un mesociclón (que gira en sentido antihorario en el hemisferio norte y en sentido horario en el hemisferio sur) y la incipiente tormenta supercelular madura por completo. ^{[ 6 ]}

A medida que el mesociclón de bajo nivel continúa absorbiendo vorticidad horizontal, pueden formarse máximos de vorticidad o parches de vórtices (áreas de rotación leve o vórtices transitorios) junto al límite donde se encuentran la corriente ascendente y sus corrientes descendentes: la corriente descendente del flanco delantero (FFD), fría y húmeda, y la corriente descendente del flanco trasero (RFD) , a menudo más cálida y con mayor flotabilidad , debido a las interacciones entre las masas de aire más cálidas y más frías. Los aumentos repentinos en la RFD suelen coincidir con la consolidación de estos parches de vórtices y pueden provocar la formación de tornados. Esto se indica visualmente por la formación de una nube de pared u otras estructuras de nubes bajas cerca de la superficie a medida que la corriente ascendente se fortalece debido a sus interacciones con la RFD. ^{[ 7 ]}

La galería que aparece a continuación muestra las tres etapas de desarrollo de un mesociclón y una vista del movimiento relativo de la tormenta en el radar de un tornado que produjo un mesociclón sobre Greensburg, Kansas, el 4 de mayo de 2007. En el momento de la toma de la imagen,  la tormenta estaba generando un tornado EF5 .

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  La cizalladura del viento (rojo) provoca que el aire gire (verde).
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  La corriente ascendente (azul) "inclina" el aire giratorio hacia la posición vertical.
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  La corriente ascendente comienza entonces a girar.
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  Vista de radar de un mesociclón. Nótese que, en el momento de tomar esta imagen, había un tornado EF5 en tierra.

La forma más fiable de detectar un mesociclón es mediante el radar meteorológico Doppler . Se detectan por valores altos cercanos de signo opuesto en los datos de velocidad. ^{[ 8 ]} Los mesociclones se ubican con mayor frecuencia en el flanco trasero derecho de las superceldas y cuando se encuentran dentro de líneas de turbonada (mientras que los mesovórtices se forman con mayor frecuencia en el flanco delantero de las líneas de turbonada), y pueden distinguirse por una firma de rotación de eco en forma de gancho en un mapa de radar meteorológico. Las señales visuales, como una nube de pared giratoria o un tornado, también pueden indicar la presencia de un mesociclón. Por esta razón, el término se ha extendido a un uso más amplio en relación con fenómenos rotatorios en tormentas severas.

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  Los mesociclones a veces se pueden identificar visualmente por una nube de pared giratoria como la que se observa en esta tormenta eléctrica sobre Texas.
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  Resultados del algoritmo de detección de mesociclones sobre células tornádicas en el norte de Michigan el 3 de julio de 1999.

La formación de tornados no se comprende completamente, pero a menudo ocurre de dos maneras. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

En primer lugar, deben cumplirse dos condiciones. Primero, debe formarse un efecto de rotación horizontal en la superficie terrestre. Este suele originarse en cambios repentinos en la dirección o velocidad del viento, conocido como cizalladura del viento. ^{[ 11 ]} Segundo, debe estar presente una nube cumulonimbo, o en ocasiones una nube cúmulo. ^{[ 11 ]}

Durante una tormenta eléctrica, las corrientes ascendentes a veces son lo suficientemente fuertes como para elevar la hilera de aire giratoria horizontal, convirtiéndola en una columna de aire vertical. Esta columna de aire vertical se convierte entonces en la estructura básica del tornado. Los tornados que se forman de esta manera suelen ser débiles y generalmente duran menos de 10  minutos. ^{[ 11 ]}

La segunda forma se produce durante una tormenta supercelular, en las corrientes ascendentes dentro de la tormenta. Cuando los vientos se intensifican, la fuerza liberada puede provocar la rotación de estas corrientes. Esta corriente ascendente giratoria se conoce como mesociclón. ^{[ 12 ]}

Para que se forme un tornado de esta manera, una corriente descendente en el flanco posterior penetra en el centro del mesociclón desde atrás. El aire frío, al ser más denso que el aire caliente, puede penetrar la corriente ascendente. La combinación de la corriente ascendente y la descendente completa el desarrollo del tornado. Los tornados que se forman de esta manera suelen ser violentos y pueden durar más de una hora. ^{[ 11 ]}

Un vórtice convectivo de mesoescala (VCM), también conocido como centro de vorticidad de mesoescala o remolino de Neddy, ^{[ 13 ]} es un mesociclón dentro de un sistema convectivo de mesoescala (SCM) que arrastra los vientos en un patrón circular, o vórtice, en los niveles medios de la troposfera y normalmente está asociado con un flujo de salida anticiclónico en altura, con una región de cizalladura del viento aeronáuticamente problemática entre el aire superior e inferior. Con un núcleo de solo 30 a 60 millas (48 a 97 km) de ancho y 1 a 3 millas (1,6 a 4,8 km) de profundidad, un VCM a menudo pasa desapercibido en los mapas meteorológicos estándar . Los VCM pueden persistir hasta dos días después de que su sistema convectivo de mesoescala principal se haya disipado. ^{[ 13 ]}  

El vórtice convectivo mesoscópico (VCM) huérfano puede convertirse en la semilla del próximo brote de tormentas eléctricas. Un VCM que se desplaza hacia aguas tropicales, como el Golfo de México, puede servir como núcleo para un ciclón tropical . Un ejemplo de esto fue el huracán Barry en 2019. Los VCM pueden producir tormentas de viento muy fuertes; a veces, los vientos pueden alcanzar más de 160 km/h (100 millas por hora ) . El Derecho del Medio Oeste Sur de mayo de 2009 fue un derecho progresivo extremo y un evento de vórtice convectivo mesoscópico que azotó el sureste de Kansas, el sur de Misuri y el suroeste de Illinois el 8 de mayo de 2009.  

• "Definición de 'mesociclón'"" . glosario. Servicio Meteorológico Nacional de EE. UU . . Archivado del original el 3 de septiembre de 2019 . Consultado el 17 de octubre de 2019 .